基于單片機的科教融合模式課堂實踐

倪妍婷

摘 要 目前，大部分高校計算機工程應用基礎課程仍然采用以教師為中心、以教材為中心、以課堂為中心的傳統教育模式，經筆者多年教學與實踐經驗總結，提出了“科研與教學相融合”的教學模式，該模式在激發學生學習興趣，強化所學的計算機工程應用知識在實際的科研和工業中的應用。本文以基于單片機開發一款全自動電熱水箱為例，通過教學和項目結合的方式，使學生更清晰地明白所學的知識在工業生產中的實際用途，增強了學習的趣味性和實用性，達到了較好的教學效果。

關鍵詞 科教融合 單片機教學

中圖分類號：G432文獻標識碼：A

0引言

經筆者多年教學與實踐經驗總結，本文提出了“科研與教學相融合”的教學模式，該模式在激發學生學習興趣，強化所學的計算機工程應用知識在實際的科研和工業中的應用，具有立竿見影的理論意義和實際意義。

1課堂設計

1.1基本內容安排

通過所學的單片機內容，讓學生設計一款全自動電熱開水箱，主要達到以下功能：（1）能夠自動控制升溫并將溫度保持在一定范圍內：水在加熱到設置的上限溫度后，加熱系統停止加熱進入到保溫模式將溫度控制在一定范圍內，當箱內溫度低于設定下限溫度時開水箱又進入加熱模式將溫度提升到設定溫度值。（2）實現精確的水量控制功能：能夠人為按鍵控制出水量多少，出水系統可自動控制出水量。（3）實現自動加水補水功能：當水位到低于設置下限水位時，控制電磁閥自動補水到設定的上限位置，將水位控制在一定的范圍內。（4）自動開關電熱開水箱功能：設定時間閥值，在早上固定時間打開電熱開水箱，到了晚上在固定時間關閉電熱開水箱。

1.2指導學生設計思想及基本內容

1.2.1主要研究思路

（1）硬件電路設計。①原理圖設計：制作出電路板的原理圖并標識好給個模塊。②PCB設計：做好相應元器件的電路封裝，封裝要符合設計的元器件引腳。

（2）軟件設計。①控制各模塊程序：包括加水加熱繼電器控制模塊，溫度監測模塊，水位檢測模塊，時間設定模塊和多功能顯示模塊。②動態原理圖演示：利用proteus和keil作出相應的電路模擬仿真，作出顯示操作過程。

1.2.2主要實現方案

（1）一體式傳統模擬控制方法，選用模擬電路，用電位器設定閥值反饋溫度和水位，根據檢測反饋的溫度或水位，決定加熱或是保溫操作和加水補水操作。這種方式開水箱簡單易懂易于實現，但是其反饋的結果精度并不高且不能頻繁的作出相應的功能調節動作，系統動靜大，不穩定，易受環境影響，難以用液晶顯示屏顯示，功能單一且制作的成本也比較高。

（2）單片機系統實現。利用單片機軟件編寫程序靈活，自由度大，控制范圍廣，可選擇通過軟件實現各種控制算法和邏輯控制來仿真開水箱的運行過程。通過單片機溫度傳感器對水箱內的溫度、水位進行檢測，得到的溫度、水位的模擬信號在經過A/D轉換器后可用液晶顯示出來，測得的信號通過單片機處理后，控制繼電器進行相應的加熱補水功能，該方式還可以通過選擇單片機中斷方式來實現各種功能鍵設置，完善各種功能操作。

2單片機的選擇

本次設計選用的是STC89C52RC單片機。該單片機與傳統的8051單片機基本相同，只是其性能收到了改善，不僅效率高而且工作評率更加廣泛。該單片機有40個引腳，與傳統的8051單片機的引腳相同（見圖1）。該單片機引腳和傳統的8051單片機引腳一致。

P0、P1、P2、和P3端口均是8個帶上拉電阻的雙向I/O口，他們的輸出緩沖器每個均可驅動4個TTL輸入，主要的幾個引腳：

40號引腳VCC是接電源端;20號引腳VSS是接地端;9號引腳RES是復位輸入端，該引腳是用來對單片機進行復位處理;30引腳ALE是地址鎖存控制信號，該引腳是訪問外部程序寄存器時，鎖存低8位地址的輸出信號;19號引腳XTAL1是反向放大器和時鐘電路的輸入端;18號引腳XTAL2是反向放大器的輸入端。

另外，P3.2和P3.3還可以作為定時器/計數器的中斷控制按鍵的輸入端;P1.0和P1.1還可以輸入（P1.0/T2）和定時器/計數器2的觸發輸入（P1.1/T2EX）。

該模塊選用的是兩個水位傳感器安裝在開水箱的上限水位和下限水位來控制檢測水位情況，“+”引腳接電源VCC，“-”引腳接GND，“S”引腳是模擬信號輸出端，信號輸出端直接接AD轉換器或單片機的裝換引腳P3.7。通過水位傳感器檢測水位情況反饋到單片機（原理圖如圖2）。

3結論

通過以基于單片機開發一款全自動電熱水箱為例，通過教學和項目結合的方式，使學生更清晰地明白所學的知識在工業生產中的實際用途，增強了學習的趣味性和實用性，達到了較好的教學效果。

參考文獻

[1] 崔東劍.多點恒溫自動控制設計[J].電子技術，2003（01）：89-154.

[2] 李全利.單片機原理及應用技術（第3版）[M].北京：高等教育出版社，2008.